3月31日，我?？蒲袌F(tuán)隊以“Proliferation of oxygen oases in Mesoarchean oceans”為題在地學(xué)國際權(quán)威期刊《Geology》發(fā)表論文，揭示了中太古代海洋中已廣泛分布“氧氣綠洲”。長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院葉輝博士為論文第一作者，長安大學(xué)吳昌志教授、南京大學(xué)李偉強教授為論文共同通訊作者。

產(chǎn)氧光合作用是地球氧氣的主要來源，是宏觀復(fù)雜生物演化的必要條件，進(jìn)而成為地球宜居性的關(guān)鍵驅(qū)動力。約24億年前，地球大氣-海洋系統(tǒng)曾發(fā)生一次大氧化事件（Great Oxidation Event; GOE），這表明產(chǎn)氧光合作用起源于GOE之前，但具體何時起源、如何演化仍是未解之謎。學(xué)界將太古代還原性海洋中可能存在的局部氧化性水體稱為“氧氣綠洲（oxygen oasis）”，作為限定產(chǎn)氧光合作用演化歷史的關(guān)鍵。耶魯大學(xué)Planavsky教授在2014年曾報道南非Pongola群中有約29億年前沉積的富錳鐵建造，并論證在中元古代地球海洋中就已存在含氧水體，即“氧氣綠洲”。但多年來，Pongola群的29億年富錳鐵建造似乎是一個孤例，這為深入理解產(chǎn)氧光合作用的起源和演化帶來了困擾。

圖1 店子河鐵建造的大地構(gòu)造位置

針對早期地球氧化歷史的重大問題，長安大學(xué)吳昌志教授領(lǐng)銜研究團(tuán)隊在華南崆嶺雜巖中識別出了中太古代28.8-28億年前形成的富錳鐵建造（圖1），研究發(fā)現(xiàn)：（1）店子河鐵建造變質(zhì)前主要的富錳礦物為貧鈣鐵錳碳酸鹽，顯著區(qū)別于缺氧水體中形成的富鈣錳碳酸鹽礦物；（2）樣品具有輕Fe同位素組成（δ56Fe: ?0.21至?1.33‰; 均值為?0.91‰），且δ56Fe與Mn含量（Fe/Mn比值）成正比，與具有氧化還原梯度的含氧水體地球化學(xué)特征一致（圖2）。據(jù)此，研究團(tuán)隊提出，（1）店子河鐵建造沉積于中太古代海洋局部“氧氣綠洲”，海水氧氣含量高達(dá)10微摩爾以上（圖3）；（2）地質(zhì)歷史時期中富錳鐵建造的發(fā)育與氧化事件具有時空聯(lián)系，指示其形成與產(chǎn)氧光合作用直接相關(guān)；（3）由于華南古陸核與南非Pongola群沒有空間聯(lián)系，崆嶺的28億年富錳鐵建造的識別破除了Pongola群的29億年富錳鐵建造的孤例困局，顯示中太古代海洋中應(yīng)已經(jīng)存在多個“氧氣綠洲”，即產(chǎn)氧光合作用在29億年以前可能實現(xiàn)全球性擴散。

圖2 店子河鐵建造具有輕Fe同位素組成，而且Fe同位素組成與Fe/Mn比值呈正相關(guān)，指示其形成于含氧水體環(huán)境

圖3 店子河鐵建造形成于中太古代海洋局部“氧氣綠洲”，其中海水氧氣含量約為1至>10微摩爾

該研究成果以“Proliferation of oxygen oases in Mesoarchean oceans”為題于2025年3月31日發(fā)表于地學(xué)國際權(quán)威期刊《Geology》。長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院葉輝博士為論文第一作者，長安大學(xué)吳昌志教授、南京大學(xué)李偉強教授為論文共同通訊作者。共同作者還包括南京大學(xué)王孝磊教授、楊濤教授、管躍工程師，長安大學(xué)楊秀清教授，西北大學(xué)郝威鐸教授和加拿大阿爾伯塔大學(xué)Kurt O. Konhauser教授。本研究的關(guān)鍵Fe同位素分析和鋯石年代學(xué)分析在南京大學(xué)地球關(guān)鍵物質(zhì)循環(huán)與成礦全國重點實驗室完成，礦物定量分析在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室完成，研究工作得到了新疆自治區(qū)重點研發(fā)項目（2024B04004），國家自然科學(xué)基金（42203068, 41872077, 42425301）和新疆天池英才計劃的聯(lián)合資助。

論文鏈接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/53/4/365/651999/Proliferation-of-oxygen-oases-in-Mesoarchean

（供圖：葉輝  審稿：李佐臣  網(wǎng)絡(luò)編輯：和燕）